中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：電力電子節(jié)能與傳動(dòng)控制河北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(燕山大學(xué))的研究人員孫孝峰、蔡瑤、張勁松、沈虹、王寶誠，在2017年第11期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文指出，在微電網(wǎng)并網(wǎng)系統(tǒng)中,對(duì)于公共耦合點(diǎn)(PCC)處諧波電壓源而言,傳輸線路上電感與電容之間的諧振可能造成嚴(yán)重的諧波傳播放大問題。
為抑制該系統(tǒng)中的諧波傳播放大,通過分析諧波傳播規(guī)律,提出一種分頻調(diào)節(jié)阻性有源電力濾波器(RAPF)的位置選擇新策略。分析不同傳輸線長度時(shí)分頻調(diào)節(jié)RAPF的電導(dǎo)增益取值對(duì)諧波抑制效果的影響,確定了電導(dǎo)增益的取值要求。
通過合理選擇電導(dǎo)增益,該位置選擇策略可在任意傳輸線長度下有效抑制諧波傳播放大。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均驗(yàn)證了所提策略的正確性和有效性。
作為多個(gè)分布式發(fā)電( DistributedGeneration，DG)單元與用戶負(fù)荷的系統(tǒng)化組織，微電網(wǎng)具有高效清潔、供電可靠和發(fā)電方式靈活等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展前景廣闊。基于電壓控制方式(Voltage-Controlled Method，VCM)的下垂控制可實(shí)現(xiàn)孤島和并網(wǎng)兩種工作模式的平穩(wěn)切換，為微電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“即插即用”提供可能。
然而，在基于VCM的微電網(wǎng)并網(wǎng)系統(tǒng)中，由于大量非線性負(fù)載的存在，PCC處電壓的低頻次諧波含量較多。傳輸線路上電感與電容之間的諧振會(huì)引起諧波傳播放大，加劇諧波污染，降低供電質(zhì)量。
本文旨在解決基于VCM的微電網(wǎng)并網(wǎng)系統(tǒng)中的諧波傳播放大問題。文獻(xiàn)［8， 9］詳細(xì)分析了諧波傳播放大現(xiàn)象的具體表現(xiàn)，提出了一種基于電壓檢測(cè)的阻性有源電力濾波器(Resistive Active Power Filter，RAPF) ，并指出RAPF在與線路特征阻抗匹配時(shí)的最優(yōu)安裝位置為傳輸線末端。但當(dāng)線路參數(shù)改變時(shí)，諧波抑制效果會(huì)因阻抗不匹配而下降。
為此，文獻(xiàn)［10］提出一種安裝在傳輸線末端的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)增益RAPF，在線路參數(shù)改變時(shí)仍然能夠獲得很好的諧波抑制效果，但其對(duì)所有次諧波采用相同的電導(dǎo)增益，存在“打鼴鼠”現(xiàn)象。文獻(xiàn)［11］中位于傳輸線末端的RAPF通過分頻動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)增益，有效地避免了“打鼴鼠”現(xiàn)象。
文獻(xiàn)［12］提出一種安裝在傳輸線末端的無限長有源電力濾波器，不僅具有很好的諧波抑制效果，而且具有較強(qiáng)的魯棒性。文獻(xiàn)［13］提出多個(gè)RAPF協(xié)同控制，該系統(tǒng)需要通信環(huán)節(jié)，成本較高。為避免通信環(huán)節(jié)，文獻(xiàn)［14，15］提出采用基于下垂控制的多RAPF系統(tǒng)抑制諧波傳播放大。
最近，混合型有源電力濾波器的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了利用較低的成本獲得較好的濾波性能［16，17］。而文獻(xiàn)［18］提出的雙RAPF 系統(tǒng)可進(jìn)一步衰減整條傳輸線上的諧波。文獻(xiàn)［19］根據(jù)傳輸線末端開路時(shí)的諧波傳播規(guī)律提出一種分頻調(diào)節(jié)RAPF位置選擇策略，該策略僅在傳輸線末端開路時(shí)可取得較好的諧波抑制效果。
以上文獻(xiàn)都是基于傳輸線末端空載或帶載的情況，傳輸線末端對(duì)諧波表現(xiàn)為開路或阻抗特性。而在基于VCM的微電網(wǎng)并網(wǎng)系統(tǒng)中，對(duì)于公共耦合點(diǎn)(Point of Common Coupling，PCC)的諧波電壓源而言，傳輸線末端為電網(wǎng)等效電壓源，其對(duì)諧波呈現(xiàn)短路特性，故此時(shí)以上文獻(xiàn)中有源濾波器的安裝位置和諧波抑制效果都將受到限制。
本文依據(jù)傳輸線理論，分析了微電網(wǎng)并網(wǎng)系統(tǒng)PCC處諧波電壓源存在時(shí)的諧波傳播規(guī)律，提出一種分頻調(diào)節(jié)RAPF的位置選擇新策略：距傳輸線末端諧波1/4波長正奇數(shù)倍且距始端最近的位置為最優(yōu)安裝位置，且傳輸線長度恰為諧波1/4波長的正奇數(shù)數(shù)倍時(shí)，傳輸線始端即為最優(yōu)安裝位置。
在該位置策略下，分頻調(diào)節(jié)RAPF通過合理選擇電導(dǎo)增益，可實(shí)現(xiàn)任意傳輸線長度下的諧波傳播放大抑制。仿真和實(shí)驗(yàn)均驗(yàn)證了所提策略的正確性和有效性。
圖1 微電網(wǎng)并網(wǎng)系統(tǒng)等效模型
結(jié)論
本文通過對(duì)微電網(wǎng)并網(wǎng)系統(tǒng)中諧波在長度為1的傳輸線上的傳播特性進(jìn)行分析，得出以下規(guī)律：1）當(dāng)1＜λh /4或l = (2m－1)λh /4時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生諧波傳播放大現(xiàn)象；2）當(dāng)l=mλh/2時(shí)，諧波傳播放大現(xiàn)象最嚴(yán)重。
基于此規(guī)律，本文提出了一種分頻調(diào)節(jié)RAPF位置選擇新策略，并分析了不同傳輸線長度l下分頻調(diào)節(jié)RAPF電導(dǎo)增益KV的取值要求，具體如下：
1)當(dāng)(2m－1)λh/4＜l≤mλh/2時(shí)，在距傳輸線末端 (2m－1)λh/4的位置安裝 KV≥1/Zc的相應(yīng)次RAPF，KV值越大，諧波抑制效果越好。
2)當(dāng)l = (2m－1)λh /4時(shí)，在傳輸線始端位置安裝KV≥1/Zc的相應(yīng)次RAPF，KV值越大，諧波抑制效果越好。
3) 當(dāng)mλ/2＜l＜(2m+1)λh/4時(shí)，在距傳輸線末端(2m－1)λh/4的位置安裝KV=1/Zc的相應(yīng)次RAPF可取得最好的諧波抑制效果。
在基于VCM的微電網(wǎng)并網(wǎng)系統(tǒng)中，根據(jù)本文所提位置新策略對(duì)各主要次諧波分別設(shè)置相應(yīng)的RAPF，可在任意傳輸線長度下實(shí)現(xiàn)諧波傳播放大抑制，減輕諧波污染。
